5、把砝码依次放在梁的自由端上，并依次记录重量和电压数据填入下表5。 6、根据数据画出实验曲线，计算误差与线性度。

表7 电子称实验数据

重量(g) 电压(mV)

7、在梁的自由端上放上笔、钥匙之类的小东西称一下重量。实验完毕，关闭电源。

实验七 压阻式压力传感器的压力测量实验

电容式传感器的位移实验

压阻式压力传感器的压力测量实验

一、实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和标定方法。

二、基本原理：扩散硅压阻式压力传感器的工作机理是半导体应变片的压阻效应，在半导体受力变形时会暂时改变晶体结构的对称性，因而改变了半导体的导电机理，使得它的电阻率发生变化，这种物理现象称之为半导体的压阻效应 。一般半导体应变采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀扩散出多个半导体电阻应变薄膜（扩散出敏感栅）组成电桥。在压力（压强）作用下弹性元件产生应力，半导体电阻应变薄膜的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，经电桥转换成电压输出，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。图10—1为压阻式压力传感器压力测量实验原理图。

图10—1 压阻式压力传感器压力测量实验原理

三、需用器件与单元：机头压力传感器；显示面板中的F/V表(或电压表)、±2V～±10V步进可调直流稳压电源；调理电路面板传感器输出单元中的压阻式压力传感器；调理电路单元中的差动放大器；铜三通引压胶管、手捏气泵、压力表。 四、实验步骤：

1、将机头上的压力传感器用铜三通引压胶管与压力表和手捏气泵连接好。如图

10—2所示，并松开手捏气泵的单向阀。

2、在显示与调理电路面板上按图10—3接线（注意：压阻的电源端VS与输出端Vo不能接错）。将F／V表(或电压表)量程切换开关切到2V档；可调直流稳压电源切到4V档。检查接线无误后合上主、副电源开关，将差动放大器的增益电位器按顺时针方向缓慢转到底后再逆向回转1/3，调节调零电位器，使电压表显示电压为零。

3、锁紧手捏气泵的单向阀，仔细地反复手捏(注意：用力不要过大) 气泵并同时观察

压力表，压力上升到4Kpa左右时调节差动放大器的调零电位器，使电压表显示为相应的0.4V左右。再仔细地反复手捏气泵压力上升到19Kpa左右时调节差动放大器的增益电位器，使电压表相应显示1.9V左右。

图10—2 压阻式压力传感器测压实验连接图

图10—3 压阻式压力传感器测压实验接线图

4、仔细地慢悠悠松开手捏气泵的单向阀，使压力慢慢下降到4Kpa时锁紧气泵的单向阀，调节差动放大器的调零电位器，使电压表显示为相应的0.400V。再仔细地反

复手捏气泵压力上升到19Kpa时调节差动放大器的增益电位器，使电压表相应显示1.900V。

5、重复步骤4过程，直到认为已足够精度时调节手捏气泵使压力在3～19KPa之间变化，每上升1KPa气压分别读取电压表读数，将数值列于表10。 表10 压阻式压力传感器测压实验数据：

P(KPa) Vo(p-p) 6、画出实验曲线计算本系统的灵敏度和非线性误差。实验完毕，关闭所有电源。

电容式传感器的位移实验

一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。 二、基本原理：

1、原理简述：电容传感器是以各种类型的电容器为传感元件，将被测物理量转换成电容量的变化来实现测量的。电容传感器的输出是电容的变化量。利用电容C＝εA／d关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测干燥度（ε变）、测位移（d变）和测液位（A变）等多种电容传感器。电容传感器极板形状分成平板、圆板形和圆柱(圆筒)形，虽还有球面形和锯齿形等其它的形状，但一般很少用。本实验采用的传感器为二组静态极片与一组动极片组成二个平板式变面积差动结构(二个平板式变面积电容变化量之差△C＝△C1-△C2)的电容位移传感器(具体平板式变面积电容传感器原理参阅教课书)，差动式一般优于单组(单边)式的传感器。它灵敏度高、线性范围宽、稳定性高。

1、电容变换器原理图与调理电路中的电容变换器面板图：如图11—1所示。电容变换

器的核心部分是图11—2的二极管环形充、放电电路。

图11—1 电容变换器原理图与面板图

图11—2 二极管环形充放电电路

在图11—2中，环形充放电电路由D3、D4、D5、D6二极管、C5电容、L1电感和CX1、CX2实验差动电容位移传感器组成。

当高频激励电压(ｆ>100kHz)输入到ａ点，由低电平E1跃到高电平E2时，电容CX1和

CX2两端电压均由E1充到E2。充电电荷一路由ａ点经D3到b点，再对CX1充电到O点(地)；另一路由由ａ点经C5到c点，再经D5到d点对CX2充电到O点。此时，D4和D6由于反偏置而截止。在t1充电时间内，由ａ到c点的电荷量为：

Q1＝CX2(E2-E1) （11—1）

当高频激励电压由高电平E2返回到低电平E1时，电容CX1和CX2均放电。CX1

经b点、D4、c点、C5、ａ点、L1放电到O点；CX2经d点、D6、L1放电到O点。在t2放电时间内由c点到ａ点的电荷量为：

Q2＝CX1(E2-E1) （11—2）

当然，（11—1）式和（11—2）式是在C5电容值远远大于传感器的CX1和CX2电容值的前提下得到的结果。电容C5的充放电回路由图11—3中实线、虚线箭头所示。

在一个充放电周期内（Ｔ＝t1＋t2），由c点到ａQ2＝CX1(E2-E1)点的电荷量为： Ｑ＝Q2-Q1＝(CX1-CX2)(E2-E1)＝△CX △E （11—3）

式中：CX1与CX2的变化趋势是相反的（传感器的结构决定的，是差动式）。 设激励电压频率f＝1/T，则流过ac支路输出的平均电流i为：

i＝fＱ＝f△CX △E （11—4）

式中：△E—激励电压幅值；△CX—传感器的电容变化量。

由（11—4）式可看出：f、△E一定时，输出平均电流i与△CX成正比，此输出平均电流i经电路中的电感L2、电容C6滤波变为直流I输出，再经Rw转换成电压输出Vo1＝I Rw。由传感器原理已知?C与?X位移成正比，所以通过测量电路的输出电压Vo1就可知?X位移。

2、电容式位移传感器实验原理方块图如图11—3

图11—3电容式位移传感器实验方块图

三、需用器件与单元：机头中的振动台、测微头、电容传感器；显示面板中的F/V表(或电压表)；调理电路面板传感器输出单元中的电容；调理电路单元中的电容变换器、电压放大器。 四、实验步骤：

1、按图11—4所示接线。调节测微头的微分筒使测微头的测杆端部与振动台吸合，再逆时针调节测微头的微分筒（振动台带动电容传感器的动片阻上升），直到电容传感器的动片组与静片组上沿基本平齐为止（测微头的读数大约为20mm左右）作为位移的起始点。

图11—4电容传感器位移测量系统接线示意图

1、将显示面板中的F/V表(或电压表) 的量程切换开关切换到20V档，再将电容变换

器的按钮开关按一下（开）。检查接线无误后，合上主、副电源开关，读取电压表显示值为起始点的电压，填入下表11中。

3、仔细、缓慢地顺时针调节测微头的微分筒一圈△X=0.5mm(不能转动过量，否则回转会引起机械回程差)从F／V表(或电压表)上读出相应的电压值，填入下表11中，以后，每调节测微头的微分筒一圈△X=0.5mm读出相应的输出电压直到电容传感器的动片组与静片组下沿基本平齐为止。